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基于以太網(wǎng)和CAN總線控制的列車通信網(wǎng)絡(luò)研究

發(fā)布時間:2016-09-04 19:19

  本文關(guān)鍵詞:基于以太網(wǎng)和CAN總線控制的列車通信網(wǎng)絡(luò)研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


《中南大學(xué)》 2009年

基于以太網(wǎng)和CAN總線控制的列車通信網(wǎng)絡(luò)研究

田鵬  

【摘要】: 隨著列車高速化、自動化的發(fā)展,列車通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為列車(尤其是高速列車,動車組)上控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。因此,建立可靠安全的車載通信網(wǎng)絡(luò),自主研發(fā)列車通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有很好的市場前景和重大的現(xiàn)實意義。 TCN網(wǎng)絡(luò)是列車通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)之一,它將列車通信網(wǎng)絡(luò)分成可動態(tài)編組車廂的絞線式列車總線(WTB)和連接車廂內(nèi)固定設(shè)備的多功能車輛總線(MVB)兩級結(jié)構(gòu)。TCN將整個列車的通訊設(shè)備連接成一個整體,主控設(shè)備對整個列車的控制命令可以通過列車網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各個車廂,列車的各個車廂的信息通過列車網(wǎng)絡(luò)返送回主控設(shè)備上顯示,確保了列車上的信息通暢。 當(dāng)今的列車通信網(wǎng)絡(luò)主要采用Lonworks和WTB、MVB兩種技術(shù),這兩種現(xiàn)場總線各自具有自身的優(yōu)勢,同時也都有自身的缺陷。LonWorks對傳輸介質(zhì)和拓?fù)湫问降囊笙鄬^松,既能作為車輛總線同時也能作為列車總線,但其最大缺陷的就是傳輸速率相對較低,在列車通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量很大的情況下,很難滿足現(xiàn)場要求;在列車運行過程中,列車級通信數(shù)據(jù)量通常要比車輛級通信數(shù)據(jù)量大,而WTB傳輸速率卻比MVB傳輸速率低,通信量與通信速率的矛盾也有待于解決。 本文針對當(dāng)前兩種列車通信技術(shù)中各自存在的缺陷,將工業(yè)Enthernet技術(shù)與CAN總線控制技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用于列車通信網(wǎng)絡(luò)中,發(fā)揮兩種控制方法各自的優(yōu)勢,改善了列車通信網(wǎng)絡(luò)的性能。并且通過實驗測試,證明了方案的可行性和可靠性。本文的內(nèi)容主要包括以下幾個方面: 1.對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和CAN總線技術(shù)做了比較詳細(xì)的介紹,包括以太網(wǎng)和CAN總線的模型及幀結(jié)構(gòu)等,對以太網(wǎng)的工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)做了比較深入的研究; 2.以以太網(wǎng)為列車總線、以CAN總線為車輛總線設(shè)計列車通信網(wǎng)絡(luò),并與其他幾種當(dāng)今流行的現(xiàn)場總線進(jìn)行比較,總結(jié)出以太網(wǎng)通信技術(shù)的優(yōu)勢所在。結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,設(shè)計了一種嵌入式網(wǎng)關(guān)應(yīng)用于列車通信當(dāng)中,以實現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換,詳細(xì)介紹了主要硬件芯片功能,給出了主要控制芯片的接口電路圖; 3.本文對TCP/IP通信協(xié)議做了較為深入的研究和分析,并結(jié)合實際需要把LwIP移植到了主控制器ARM7中,實現(xiàn)了IP、TCP、UDP、ICMP以及ARP等協(xié)議,從而為工業(yè)以太網(wǎng)和CAN總線能夠在列車通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用打下軟件基礎(chǔ); 4.設(shè)計并實現(xiàn)了CAN-Ethernet協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊,分析了上行通信和下行通信的一些關(guān)鍵信息。最后使用VB開發(fā)了嵌入式網(wǎng)關(guān)上位機測試軟件,驗證了以太網(wǎng)和CAN總線可以實現(xiàn)相互通信,并對一些相關(guān)的性能指標(biāo)作了分析。

【關(guān)鍵詞】:
【學(xué)位授予單位】:中南大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2009
【分類號】:TP29-AC
【目錄】:

  • 摘要3-5
  • ABSTRACT5-9
  • 第一章 緒論9-19
  • 1.1 列車通信網(wǎng)絡(luò)簡介9-11
  • 1.2 國內(nèi)外列車通信網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀11-14
  • 1.2.1 國外列車通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況12-13
  • 1.2.2 國內(nèi)列車通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況13-14
  • 1.3 國內(nèi)外幾種主流列車通信網(wǎng)技術(shù)的比較14-17
  • 1.3.1 LonWorks14
  • 1.3.2 WorldFIP14-15
  • 1.3.3 CAN總線15-16
  • 1.3.4 TCN16-17
  • 1.4 課題背景意義及本文的主要內(nèi)容17-19
  • 第二章 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)分析19-37
  • 2.1 嵌入式系統(tǒng)及嵌入式網(wǎng)關(guān)簡介19-21
  • 2.1.1 嵌入式系統(tǒng)19-20
  • 2.1.2 嵌入式網(wǎng)關(guān)20-21
  • 2.2 控制器局域網(wǎng)CAN21-24
  • 2.2.1 CAN總線簡介21-22
  • 2.2.2 CAN總線網(wǎng)絡(luò)模型及幀結(jié)構(gòu)22-24
  • 2.3 以太網(wǎng)(Ethernet)24-30
  • 2.3.1 以太網(wǎng)簡介24-25
  • 2.3.2 工業(yè)以太網(wǎng)及其特殊性25-26
  • 2.3.3 工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究26-28
  • 2.3.4 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型與幀結(jié)構(gòu)28-30
  • 2.4 以太網(wǎng)與CAN總線的互聯(lián)研究30-37
  • 2.4.1 OSI體系模型和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)30-32
  • 2.4.2 網(wǎng)間網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)特點與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的連接32-34
  • 2.4.3 以太網(wǎng)與CAN總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換實現(xiàn)及互聯(lián)分析34-37
  • 第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計與實現(xiàn)37-47
  • 3.1 網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)模型37-39
  • 3.2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)框架設(shè)計39-41
  • 3.3 主要控制器芯片介紹41-43
  • 3.3.1 嵌入式控器器S3C2440原理41-42
  • 3.3.2 以太網(wǎng)控制器DM9000A原理42
  • 3.3.3 CAN總線芯片SJA1000原理42-43
  • 3.4 接口電路圖43-47
  • 3.4.1 以太網(wǎng)接口電路43-45
  • 3.4.2 CAN接口電路圖45-47
  • 第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)47-66
  • 4.1 嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ及TCP/IP的移植47-48
  • 4.2 LwIP的操作系統(tǒng)封裝層(operating system.emulation layer)48-49
  • 4.3 輕型IP協(xié)議在嵌入式處理器上的移植以及接口驅(qū)動的實現(xiàn)49-61
  • 4.3.1 系統(tǒng)初始化操作50-51
  • 4.3.2 創(chuàng)建TCP/IP處理進(jìn)程51
  • 4.3.3 LwIP中定時事件51-54
  • 4.3.4 LwIP中mbox的實現(xiàn)54-59
  • 4.3.5 接口驅(qū)動的實現(xiàn)59-61
  • 4.4 網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計61-66
  • 4.4.1 以太網(wǎng)控制器驅(qū)動模塊61-63
  • 4.4.2 CAN控制器驅(qū)動模塊63-64
  • 4.4.3 Enthernet-CAN報文轉(zhuǎn)換模塊64-65
  • 4.4.4 UATR-CAN報文轉(zhuǎn)換65
  • 4.4.5 分析系統(tǒng)任務(wù)65-66
  • 第五章 系統(tǒng)測試與實驗結(jié)果分析66-73
  • 5.1 列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成66-67
  • 5.1.1 車輛總線網(wǎng)的組成66
  • 5.1.2 列車總線網(wǎng)的組成66
  • 5.1.3 列車通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成66-67
  • 5.2 通信模塊分析與測試67-73
  • 5.2.1 以太網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)連同性測試69-70
  • 5.2.2 上行數(shù)據(jù)通信測試70
  • 5.2.3 下行數(shù)據(jù)通信測試70-71
  • 5.2.4 數(shù)據(jù)響應(yīng)時間及可靠性分析71-73
  • 第六章 總結(jié)與展望73-76
  • 6.1 論文總結(jié)73
  • 6.2 課題展望73-76
  • 參考文獻(xiàn)76-79
  • 致謝79-80
  • 攻讀學(xué)位期間的主要研究成果80
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    【引證文獻(xiàn)】

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    【參考文獻(xiàn)】

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      本文關(guān)鍵詞:基于以太網(wǎng)和CAN總線控制的列車通信網(wǎng)絡(luò)研究,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



    本文編號:109181

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